Система автоматического регулирования
возбуждения генератора (САР) тепловоза ТЭП70
Система автоматического регулирования возбуждения
генератора (САР) поддерживает постоянной нагрузку (мощность) дизеля при
каждой фиксированной частоте вращения его вала (позиции контроллера
машиниста) путем регулирования тока возбуждения (напряжения) тягового
генератора, ограничивает максимальные значения напряжения и тока
тягового генератора, изменяет величину ограничения максимального
(пускового) тока в зависимости от частоты вращения вала дизеля по
заданной характеристике, обеспечивающей наиболее благоприятное
расположение пусковых характеристик тепловоза, и изменяет величину
нагрузки (мощности) дизеля в зависимости от частоты вращения в
соответствии с характеристикой, обеспечивающей минимальные удельные
расходы топлива.
Выполнение перечисленных функций сводится к получению определенного вида
внешних (зависимость напряжения Ur от тока Iг)
и нагрузочной (зависимость мощности Рг от частоты вращения вала дизеля
nд) характеристик тягового генератора. В
зависимости от климатических условий и режима работы
дизель-генераторной установки изменяется величина
мощности, расходуемой на привод вспомогательных агрегатов (вентиляторов
охлаждающего устройства дизеля, вентилятора системы централизованного
воздухоснабжения, возбудителя и др.)- Кроме того, мощность на валу
дизеля зависит от климатических условий и температуры топлива.
Следовательно, величину мощности, которая снимается с клемм тягового
генератора, необходимо корректировать в соответствии с изменением
свободной мощности дизеля. Для этой цели предусмотрено воздействие
регулятора дизеля на САР генератора, которое осуществляют при помощи
индуктивного датчика ИД, подвижной сердечник которого связан с
сервомотором регулятора дизеля. Узел, обеспечивающий корректирование
мощности генератора, называют объединенным регулятором мощности.
Описание его дано в гл. II. Объединенный регулятор мощности компенсирует
также погрешности в работе САР при поддержании заданного уровня
мощности.
В качестве возбудителя СВ в САР использован синхронный однофазный
генератор типа ВС-650В. Обмотка возбуждения СВ, расположенная на
статоре, подключена к источнику постоянного напряжения 110 В через
регулируемый резистор Rcn и контакты контактора КВВ. От обмотки
переменного тока СВ, расположенной на роторе, получают питание блок
возбуждения тягового генератора БВГ, блок задания БЗВ и
распределительные трансформаторы ТрР1 и ТрР2, от которых в свою очередь
получают питание различные элементы САР.
Цепь возбуждения генератора коммутируют контактором КВГ. Чтобы уменьшить
величину перенапряжения на обмотке возбуждения при разрыве цепи и
защитить контакты КВГ от повреждения электрической дугой, параллельно им
включен резистор Rrn. Быстродействующий плавкий предохранитель ПР1
защищает возбудитель от токов короткого замыкания. Напряжение
возбудителя при увеличении тока нагрузки резко падает, что объясняется
действием реакции якоря и значительным падением напряжения в индуктивном
сопротивлении обмотки ротора. Это ухудшает работу элементов САР,
требующих примерно постоянного отношения величины напряжения питания к
частоте, и затрудняет получение больших величин тока возбуждения
генератора, необходимых в режимах трога-ния и разгона тепловоза. Для
устранения этого недостатка установлен узел коррекции напряжения
возбудителя, состоящий из выпрямительного моста В, сглаживающего
конденсатора С, входящих в блок БСК, трансформатора тока ТрК. Ток на
выходе трансформатора ТрК, пропорциональный току нагрузки возбудителя,
выпрямляется мостом В и поступает в обмотку возбуждения возбудителя. Ток
в обмотке возбуждения равен сумме токов, протекающих от источника 110 В
и узла коррекции. Параметры узла коррекции выбраны такими, что по
мере роста тока нагрузки ток возбуждения
увеличивается таким образом, что величина напряжения возбудителя
поддерживается примерно постоянной. При номинальной частоте вращения
вала дизеля (1000 об/мин) напряжение возбудителя устанавливают равным
250+10 В.
Ток возбуждения тягового генератора регулируется тиристорным усилителем
(блок БВГ типа БВК-Ю12). Усилитель выполнен в виде полууправляемого
выпрямительного моста, в два плеча которого включены тиристоры Т1 и 7 2,
а в два других плеча — неуправляемые кремниевые диоды ДЗ и Д4.
Назначение диодов Д1 и Д2 будет описано ниже при рассмотрении схемы
возбуждения генератора в аварийном режиме. Для защиты от перенапряжений
плечи моста шунтированы цепочками R1—Cl—R4—С4. Управление тиристорами
осуществляется от блока управления выпрямителем БУВ, который генерирует
импульсы управления, открывающие в определенные моменты времени
тиристоры. От возбудителя на вход усилителя подается переменное
напряжение Ucв (рис. 75). С выхода усилителя на обмотку возбуждения
генератора поступает пульсирующее напряжение Uв, среднее значение
которого регулируется изменением моментов подачи на тиристоры
управляющих импульсов. Регулируя при помощи БУВ угол отпирания
тиристоров а от 180° до некоторого близкого к 0° значения, можно
изменять ток возбуждения
iв генератора Г от нуля до максимальной величины. Несмотря на то что
напряжение UB пульсирующее, ток iB сглажен благодаря большой величине
индуктивности обмотки возбуждения генератора.
Рассмотрим некоторые особенности работы тиристорного усилителя.
Обозначим i1 и i2
— анодные токи тиристоров Т1 и Т2;
гдз, г'д4 — токи диодов ДЗ и Д4; г_ — ток,
поступающий от возбудителя. Предположим, что к тиристорному усилителю
приложена положительная полуволна питающего напряжения UCB. До тех пор,
пока на тиристор Т1 не подан от блока БУВ управляющий импульс,
напряжение UB на обмотке возбуждения генератора Г равно нулю. После
подачи управляющего импульса в момент времени, характеризуемый углом
отпирания а, тиристор Т1 открывается и в обмотку возбуждения генератора
начинает протекать ток от возбудителя СВ по цепи: клемма «~1», тиристор
77, диод Д1, контакт КВГ, обмотка возбуждения генератора Г, диод Д4,
клемма «~2». Из-за индуктивности обмоток возбудителя токи L. и tTi
нарастают не мгновенно, а в течение периода времени, характеризуемого
углом коммутации у& В дальнейшем до конца положительного Полупериода к
обмотке возбуждения приложено напряжение UBzzUсв и протекает ток iB = i_
— iT] = ia4. По этой же причине (индуктивность обмотки возбудителя) в
конце положительного полупериода £УСв токи tTi и не уменьшаются до нуля,
л протекают еще некоторый промежуток времени, характеризуемый углом
коммутации уь в отрицательный полупериод. Соответственно в начале
положительного полупериода UCB в течение интервала yi протекают токи и
гт2, проходившие в предыдущий отрицательный полупериод через тиристор
Т2.
После запирания тиристора Т1 (отрицательный полупериод £/св) в интервале
(а—yi) заперты оба тиристора, а ток =0. Затем от блока БУВ поступает
управляющий импульс на тиристор Т2 (угол отпирания а) и ток от
возбудителя начинает протекать по цепи: клемма «~2», диод ДЗ, контакт
КВГ, обмотка возбуждения генератора Г, диод Д2, тиристор Т2, клемма
«~1». После интервала коммутации уг и до конца отрицательного
полупериода ток tB = i_ =1'Т2=£дз. Когда тиристоры закрыты, ток
возбуждения протекает через диоды ДЗ и Д4 за счет энергии, накопленной
обмоткой возбуждения генератора в период открытого состояния тиристоров.
При этом 1дз = гд4=гв.
В интервалах коммутации yi и 42 одновременно открыты один из тиристоров
и диоды ДЗ, Д4. В результате возбудитель СВ оказывается замкнутым
накоротко и напряжение на его клеммах уменьшается до нуля. Это создает
провалы в кривой напряжения UCB, длительность которых равна интервалам
коммутации yi и Y2- Наличие коммутационных провалов напряжения UCB может
привести в некоторых режимах к нарушению работы САР. Например, при
совпадении угла коммутации трансформатора постоянного тока с провалом
напряжения Iсв уменьшается ток выхода
трансформатора, что может послужить причиной появления незатухающих
колебаний тока тягового генератора. Для устранения провалов напряжения,
питающего трансформаторы постоянного тока и напряжения, в цепь первичной
обмотки распределительного трансформатора ТрР2
включен фильтр, состоящий из дросселя L (блок БФ),
регулируемого резистора R ф и конденсатора С (блок БФ).
При углах отпирания тиристороь, близких к 180°, даже в случае очень
большой величины индуктивности обмотки возбуждения генератора Г
диаграммы изменения токов тиристорного усилителя отличаются от
показанных на рис. 75. Однако такие режимы работы САР не характерны для
тепловоза, поэтому их не рассматриваем.